编码器、具有编码器的电机、和伺服系统的制作方法_2

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偏移量是相当于例如狭缝轨道SIl的反射狭缝sil的间距Pl的一半的值。如果狭缝轨道SA1、SA2没有设置成以这种方式偏移,则存在如下的可能性。即,如果如本实施方式那样通过一维绝对图案表示绝对位置,则在由于受光阵列PA1、PA2的各受光元件面向反射狭缝的端部附近设置而引起的位图案的变化的区域中,绝对位置的检测精度有可能下降。根据本实施方式,由于使狭缝轨道SA1、SA2偏移,例如,当基于狭缝轨道SAl的绝对位置相当于位图案中的变化点时,使用来自狭缝轨道SA2的检测信号来计算绝对位置,或者进行相反的动作。因此,能够提高绝对位置的检测精度。此外,在设置成这样的结构的情况下,需要使两个受光阵列PA1、PA2中的受光量一致,但是,根据本实施方式,将两个受光阵列PAl、PA2距离光源121等距离地设置,从而能够实现上述的结构。
[0063]此外,也可以取代使狭缝轨道SA1、SA2的各绝对图案相对于彼此偏移,例如,使与狭缝轨道SA1、SA2分别相对应的受光阵列PA1、PA2相对于彼此偏移,而不使绝对图案偏移。
[0064]另一方面,狭缝轨道SI1、SI2所包括的多个反射狭缝sil、si2以在测量方向C上具有增量图案的方式,沿圆盘110的整个圆周配置。
[0065]如图4所示,“增量图案”是以预定的间距有规律地重复的图案。在此,“间距”是指具有增量图案的狭缝轨道Sil、SI2的各反射狭缝sil、si2的配置间隔。如图4所示,狭缝轨道SIl的间距是P1,狭缝轨道SI2的间距是P2。与通过与由多个受光元件进行的检测或未检测相对应的位表示绝对位置的绝对图案不同,增量图案通过由至少一个或多个受光元件产生的检测信号之和来表示每个间距或一个间距内的电机M的位置。因此,增量图案不表示电机M的绝对位置,而是与绝对图案相比能够以非常高的精度表示位置。
[0066]根据本实施方式,狭缝轨道SIl的间距Pl被设定得比狭缝轨道SI2的间距P2长。根据本实施方式,各间距被设定成使得Pl = 2XP2。S卩,狭缝轨道SI2的反射狭缝Si2的数量是狭缝轨道SIl的反射狭缝sil的数量的两倍。然而,该狭缝间距的关系不限于该示例,而例如可以取三倍、四倍、五倍等各种值。
[0067]此外,根据本实施方式,狭缝轨道SAl、SA2的反射狭缝sal、sa2在测量方向C上的最小长度与狭缝轨道SIl的反射狭缝Sil的间距Pl —致。因此,基于狭缝轨道SA1、SA2的绝对信号的分辨率与狭缝轨道SIl的反射狭缝sil的数量一致。然而,最小长度不限于该示例,狭缝轨道SIl的反射狭缝sil的数量优选设定成大于或等于绝对信号的分辨率。
[0068]1-2-2-2.光学模块
[0069]如图2和图5所示,光学模块120被形成作为与圆盘110平行的一个基板BA。通过这种配置,能够使编码器100薄型化并且能够简化光学模块120的结构。因此,光学模块120伴随着圆盘110的旋转,相对于狭缝轨道SA1、SA2、SI1、SI2在测量方向C上相对移动。此外,光学模块120不一定必须被构成作为一个基板BA,各部件可以被构成作为多个基板。在这种情况下,这些基板可以被集中地配置。此外,光学模块120也可以不是基板的形式。
[0070]如图2和图5所示,光学模块120在基板SA的面向圆盘110的表面上包括光源121、以及多个受光阵列 PA1、PA2、PI1、PI2L、PI2R。
[0071]如图3所示,光源121被配置在面向狭缝轨道SI2的位置上。然后,光源121向通过面向光学模块120的位置的面向四个狭缝轨道SA1、SA2、SI1、SI2的部分射出光。
[0072]光源121不特别地限定,只要是能够对照射区域照射光的光源即可,例如,可以使用发光二极管(LED)。光源121被特别地构成作为没有配置光学透镜等的点光源,并且从发光部射出扩散光。此外,当称作“点光源”时,光源不需要是严格的点,可以从有限的射出面发出光,只要光源被认为从设计的角度和动作原理上能够从大致点状的位置发出扩散光即可。另外,“扩散光”不局限于从点光源朝向全方位射出的光,而包括朝向一定的有限的方向扩散并射出的光。即,在此使用的术语“扩散光”包括比平行光具有更大的扩散性的任意的光。通过以这种方式使用点光源,光源121能够向通过面向其的位置的四个狭缝轨道SA1、SA2、SI1、SI2大致均等地照射光。另外,不进行由光学元件执行的光的聚集和扩散,因此难以产生由光学元件引起的误差等,从而能够提高光朝向狭缝轨道的直进性。
[0073]多个受光阵列?41、?八2、?11、?121^?121?沿着光源121的周围配置,并且包括多个受光元件pal、pa2、pil、pi2L、pi2R(图5的点阴影部分),各受光元件接收由与其相对应地关联的狭缝轨道的反射狭缝反射的光。如图5所示,多个受光元件沿着测量方向C并排设置。
[0074]此外,从光源121射出的光是扩散光。因此,投影到光学模块120上的狭缝轨道的图像是被放大与光学路径长度相对应的预定放大率ε的图像。S卩,如图4和图5所示,假设狭缝轨道SAl、SA2、SI 1、SI2各自在宽度方向R上的长度为WSAl、WSA2、WSI1、WSI2,反射光投影在光学模块120上的形状在宽度方向R上的长度为WPAl、WPA2、WPI 1、WPI2,则WPAl、WPA2、WPI1、WPI2为相当于WSA1、WSA2、WSI1、WSI2的ε倍的长度。此外,如图5所示,该实施方式示出了各受光阵列的受光元件在宽度方向R上的长度被设定成与各狭缝投影到光学模块120上的形状大致相同的示例。但是,受光元件在宽度方向R上的长度不一定限于该示例。
[0075]同样地,光学模块120中的测量方向C也是圆盘110中的测量方向C投影到光学模块120上的形状,即受放大率ε影响的形状。为了更容易理解,如图2所示,下面使用光源121的位置上的测量方向C进行详细的说明。圆盘110中的测量方向C是以轴线AX为中心的圆形。相对于此,投影到光学模块120上的测量方向C的中心位于与光学中心Op分离距离eL的位置上,光学中心Op是圆盘110的面内配置有光源121的位置。距离eL是轴线AX与光学中心Op之间的距离L以放大率ε放大后的距离。该位置在图2中被概念性地作为测量中心Os示出。因此,光学模块120中的测量方向C位于将距离光学中心Op在光学中心OP和轴线AX所在的线上在轴线AX方向上分离距离ε L的测量中心Os作为中心、将距离ε L作为半径的线上。
[0076]在图4和图5中,圆盘110和光学模块120的测量方向C的对应关系使用圆弧状的线Led、Lcp表示。图4中所示的线Lcd表示圆盘110上沿着测量方向C的线,图5中所示的线Lcp表示基板BA上沿着测量方向C的线(线Lcd被投影到光学模块120上)。
[0077]如图2所示,假设光学模块120与圆盘110之间的间隙长度为G、光源121从基板BA的突出量为Λ d,放大率ε由下面的(式I)表示。
[0078]ε = (2G —Λ d)/(G_A d)(式 I)
[0079]作为各受光元件,例如,可以使用光电二极管。但是,受光元件不限于光电二极管,只要其能够接收从光源121射出的光并将光转换成电信号,则不特别地限定。
[0080]本实施方式中的受光阵列PA1、PA2、PI1、PI2L、PI2R与四个狭缝轨道SA1、SA2、Sil、SI2相对应地配置。受光阵列PAl被构成为接收被狭缝轨道SAl反射的光,受光阵列PA2被构成为接收被狭缝轨道SA2反射的光。另外,受光阵列PIl被构成为接收被狭缝轨道SIl反射的光,受光阵列PI2L、PI2R被构成为接收被狭缝轨道SI2反射的光。虽然受光阵列PI2L、PI2R在中间被分割,但是它们相应于同一轨道。以这种方式,与一个狭缝轨道相对应的受光阵列的数量不限于一个,而可以是多个。
[0081]光源121、受光阵列PA1、PA2、以及受光阵列PI1、PI2L、PI2R被配置成图5所示的位置关系。与绝对图案相对应的受光阵列PA1、PA2在宽度方向R上夹着光源121地被配置。在该示例中,受光阵列PAl配置在内周侧,受光阵列PA2配置在外周侧。根据本实施方式,受光阵列PA1、PA2与光源121之间的距离大致相等。并且,受光阵列PA1、PA2所包括的多个受光元件沿着测量方向C(线Lcp)以一定的间距并排设置。受光阵列PA1、PA2分别接收来自狭缝轨道SA1、SA2的反射光,由此生成具有受光元件的数量的位图案的绝对信号。此夕卜,受光阵列PA1、PA2相当于第一受光阵列的一例。
[0082]与增量图案相对应的受光阵列PIl以在以光源121为中心的受光阵列PAl的配置方向上与光源121之间夹着受光阵列PAl的方式,相对于光源121配置在中心轴侧。另外,与增量图案相对应的受光阵列PI2L、PI2R以在测量方向C上夹着光源121的方式配置。具体而言,受光阵列PI2L、PI2R将与包含光源121的Y轴平行的线作为对称轴轴对称地配置,各受光阵列PA1、PA2、PI1形成围绕上述对称轴的轴对称的形状。光源121被配置于在测量方向C上被配置作为一个轨道的受光阵列PI2L、PI2R之间。另外,受光阵列PI2L、PI2R相当于第二受光阵列的一例。另外,受光阵列PIl相当于第三受光阵列的一例。
[0083]本实施方式示出了一维的图案作为绝对图案,因此与其相对应的受光阵列PA1、PA2包括以分别接收被与其相对应地关联的狭缝轨道SA1、SA2的反射狭缝sal、sa2反射的光的方式沿着测量方向C(线Lcp)并排设置的多个(在本实施方式中,例如,九个)受光元件pal、pa2。这些多个受光元件pal、pa2如上所述将各受光或非受光作为位处理,并表示总计九位的绝对位置。因此,多个受光元件pal、pa2分别接收的受光信号在位置数据生成部130中被相互独立地处理,被加密(编码)成串行位图案的绝对位置从这些受光信号的组合中被解码。将受光阵列PA1、PA2的受光信号称作“绝对信号”。此外,在使用与本实施方式不同的绝对图案的情况下,受光阵列PA1、PA2成为与该图案相对应的构造。
[0084]受光阵列PI1、PI2L、PI2R包括以分别接收被与其相对应地关联的狭缝轨道SI1、SI2的反射狭缝sal、sa2反射的光的方式沿着测量方向C(线Lcp)并排设置的多个受光元件。首先,使用受光阵列PIl作为示例来说明受光阵列。
[0085]根据本实施方式,在狭缝轨道SIl的增量图案的一个间距(被投影的图像中的一个间距;即,ε XPl)中,总计四个受光元件pil的组(在图5中由“组I”表示)并排设置,并且四个受光元件Pil的组沿着测量方向C进一步并排设置多个。并且,由于增量图案针对每一间距重复地形成反射狭缝,因此当圆盘110旋转时各受光元件pil在一个间距中生成一个周期(按照电角,称作360° )的周期信号。并且,由于在对应于一个间距的一组中配置有四个受光元件pil,因此一组内的彼此相邻的受光元件检测彼此具有90°相位差的周期信号。将各受光信号称作A相信号、B相信号(相对于A相信号,具有90°相位差)、条状A相信号(相对于A相信号,具有180°相位差)、以及条状B相信号(相对于B相信号,具有180°相位差)。
[0086]增量图案表示一个间距中的位置,因此一组中的各相位的信号和与其相对应的另一组中的各相位的信号具有以相同的方式变化的值。因此,同一相位中的信号在多个组中被累加。因此,根据图5所示的受光阵列PIl的大量受光元件pil,检测相对于彼此偏移90°相位的四个信号。
[0087]另一方面,受光阵列PI2L、PI2R也以与受光阵列PIl相同的方式构成。S卩,在狭缝轨道SI2的增量图案的一个间距(被投影的图像中的一个间距;即,ε ΧΡ2)中并排设置有总计四个受光元件pi2L、pi2R的组(在图5中,由“组2”表示),并且四个受光元件pi2L、pi2R的组沿着测量方向C并排设置有多个。因此,从受光阵列PI1、PI2L、PI2R分别生成相对于彼此偏移90°相位的四个信号。将所述四个信号称作“增量信号”。另外,由与间距短的狭缝轨道SI2相对应的受光阵列PI2L、PI2R生成的增量信号由于与其他的增量信号相比分辨率高,因此称作“高增量信号”,由与间距长的狭缝轨道SIl相对应的受光阵列PIl生成的增量信号由于与其他的增量信号相比分辨率低,因此称作“低增量信号”。
[0088]此外,虽然本实施方式描述了对应于增量图案的一个间距的一组中包含有四个受光元件并且受光阵列PI2L和受光阵列PI2R分别包括具有相同结构的组的示例情况,但是一组中的受光元件的数量不特别地限定,例如,一组中包含两个受光元件诸如此类的情况。另外,受光阵列PI2L、PI2R可以被构成为获取不同相位的受光信号。
[0089]1-2-3.位置数据生成部
[0090]位置数据生成部130在对电机M的绝对位置进行测量的时刻,从光学模块120获取分别包括表示绝对位置的位图案的两个绝对信号、以及包括相对于彼此偏移90°相位的四个信号的高增量信号和低增量信号。然后,位置数据生成部130基于所获取的信号,计算这些信号所表示的电机M的绝对位置,并将表示计算出的绝对位置的位置数据输出到控制器CT。
[0091]此外,对于通过位置数据生成部130生成位置数据的方法,能够
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